DE1764251C3 - Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Weiterbildungen der in den beiden Hauptpatenten 15 89 707,16 39 173 geschützten
Gegenstände entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung nach dem ersten Hauptpatent 15 89 707, das den aus
»Seienta electrica«, 1963, Seiten 67 bis 91, insbesondere
Seiten 79, 85 und 88, und den aus der US-PS 32 44 949 bekannten Stand der Technik voraussetzt, ist in hohem
Maße temperaturkompensiert, und zwar aufgrund der sich ergänzenden Wirkung des negativen Temperaturkoeffizienten
der als Flußdioden wirkenden Transistorstrukturen und der mit positivem Temperaturkoeffizienten
versehenen, als Z-Dioden wirkenden Transistor-Strukturen.
Bei der Massenfertigung solcher temperaturkompensierten Z-Dioden tritt die Schwierigkeit auf, daß von
Bauelement zu Bauelement die Güte der Temperaturkompensation schwankt. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß bei der Fertigung die technologischen Parameter schwanken. Insbesondere schwankt von
Bauelement zu Bauelement die Abbruchspannung der als Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen; ferner
schwanken aber auch die Werte der diffundierten Widerstände, somit die Stromdichten in den in
Flußrichtung betriebenen Basis-Emitter-pn-Übergängen und hierdurch deren negative Temperaturkoeffizienten.
Dieses Problem kann nach dem ersten Hauptpatent dadurch gelöst werden, daß die Zahl der als Flußdioden
wirkenden Transistorstrukturen so gewählt wird, daß eine optimale Temperaturkompensation des jeweiligen
Bauelements erreicht wird. Diese Lösungsmöglichkeit ist jedoch relativ aufwendig, da die überflüssigen als
Flußdioden wirkenden Transistorstrukturen nicht verwendet werden können, jedoch auf dem Halbleiterkörper
unnötig viel Platz beanspruchen. Außerdem ist
dieser Abgleich nur in ganzzahligen Stufen des Temperaturkoeffizienten der Flußdioden möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die zusätzlichen und nicht verwendeten, als Flußdioden
wirkenden Transistorstrukturen einzusparen und durch eine andere Abgleichmöglichkeit zu ersetzen. Zur
Lösung dieser Aufgabe wurde bereits im zweiten Hauptpatent 16 39 173, das den aus den US-PS
29 53 764 und 33 29 921 bekannten Stand der Technik voraussetzt, vorgeschlagen, in den die gemeinsame
Kollektorcone darstellenden Halbleiterkörper eine weitere Transistorstruktur einzubringen, deren Kollektor
aus einem Teil der gemeinsamen Kollektorzone besteht, ferner Basis und Emitter der weiteren
Transistorstruktur mit einem weiteren Wirkwiderstand zu überbrücken, den Emitter bei η-leitender Kollektorzone
am positivsten Punkt der in Reihe geschalteten, als Fluß- oder Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen,
dagegen bei p-leitender Kollektorzone am negativsten Punkt der Reihenschaltung anzuschließen und im Falle
eines erforderlichen Abgleichs des Temperaturkoeffizienten den optimalen Widerstandswert mindestens
eines der Wirkwiderstände durch mindestens teilweises Kurzschließen oder durch Entfernen von Teilen der
Wirkwiderstände einzustellen.
Nach dem älteren, zweiten Hauptpatent kann also die zusätzliche Transistorstruktur nur am Ende der
Reihenschaltung von Fluß- und Z-Dioden angeschlossen werden. Man ist daher beim Entwurf der
Halbleiterschaltung durch diese Bedingung in der freien Wahl der Parameter, beispielsweise der geometrischen
Anordnung, gehindert Dies kann insbesondere bei der Aufteilung der zur Verfügung stehenden Fläche ins
Gewicht fallen.
Die Erfindung schlägt daher eine andere, nämlich die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lösungsmöglichkeit für die obengenannte Aufgabe vor.
Das teilweise Kurzschließen der Wirkwiderstände erfolgt vorteilhafterweise mittels aufgedampfter Metallschichten,
und zwar so, daß zunächst eine vollständig kurzschließende Metallschicht aufgedampft wird, in der
durch nachträgliches Unterbrechen öffnungen erzeugt werden, die Teile der darunterliegenden Wirkwiderstände
freilegen.
Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher beschrieben und erläutert.
F i g. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der weiteren Transistorstruktur und der Wirkwiderstände
in der speziellen Zusammenschaltung nach der Erfindung;
F i g. 2 zeigt eine Ausbildungsform der Erfindung, bei der die weitere Transistorstruktur und die Wirkwiderstände
an das Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 des ersten Hauptpatentes angeschlossen sind.
In F i g. 1 ist die gegenüber den im gemeinsamen Halbleiterkörper eingebrachten Transistorstrukturen
nach dem ersten Hauptpatent zusätzliche Transistorstruktur T zusammen mit dem aus den Wirkwiderständen
R\ und Ri bestehenden Spannungsteiler als
elektrisches Ersatzschaltbild dargestellt. Der Wirkwiderstand Ä2 ist im Gegensatz zur Anordnung nach
dem zweiten Hauptpate: ; i-xi an der Basis der
Transistorstruktur Γ angeschlossen und besteht aus den Teilwiderständen /?2i, Rn, R23, Rin; seine Verbindung mit
dem Kollektor fehlt nämlich. Der Wirkwiderstand R\ liegt zwischen Basis und Emitter der Transistorstruktur
T. Für diese Schaltungsanordnung gelten in guter Näherung die beiden folgenden Beziehungen:
0 + ΐ)
wobei LJ die am Spannungsteiler R\, R2 abfallende
Spannung und Ueb die Basis-Emitter-Spannung der Transistorstruktur Tbezeichnen. Mit Δ U und Δ Ueb sind
die Spannungsänderungen der Spannungsteilerspannung U, bzw. der Basis-Emitter-Spannung bezeichnet,
die von einer mit Δϋ· bezeichneten Temperaturänderung
hervorgerufen werden. Da nun aber die temperaturbezogene und temperaturbedingte Spannungsänderung
der Basis-Emitter-Spannung Ueb etwa -2 mV/°C beträgt, kann durch Verändern der Widerstandswerte
der Wirkwiderstände Äi und/oder R2 die temperaturbedingte
und' temperaturbezogene Spannungsänderung der Spannungsteilerspannung ί/eingestellt werden. Der
eben geschilderte Sachverhalt ist an sich bekannt, und zwar aus der DE-AS 12 58 903 und der FR-PS 14 60 634.
Die angegebene Beziehungen gelten insbesondere dann,
2ϊ wenn das Verhältnis B von Kollektorgleichstrom zu
Basisgleichstrom der weiteren Transistorstruktur T groß gegen eins, insbesondere größer als zehn ist Dann
fließt nämlich im Wirkwiderstand Ri praktisch derselbe Strom wie im Wirkwiderstand R\, da der zur Basis
fließende Strom gegenüber diesen Strömen vernachlässigbar ist
In F i g. 2 ist der in F i g. 1 gezeigte Schaltungsteil mit einer als temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung
wirkenden Anordnung zusammengeschaltet. Diese Anordnung entspricht im wesentlichen der in Fig. 13
des ersten Hauplpatents gezeigten Anordnung. Die Reihenschaltung der als Fluß- bzw. als Z-Dioden
wirkenden Transistorstrukturen ist an einer beliebigen Trennstelle aufgetrennt und an dieser Stelle der
Schaltungsteil nach F i g. 1 eingefügt. Die Einfügung ist so vorgenommen, daß der Emitter der zusätzlichen
Transistorstruktur T am negativeren Punkt der Trennstelle angeschlossen ist, während das basisferne
Ende des Wirkwiderstandes R2 am positiveren Punkt der Trennstelle angeschlossen ist Der Kollektor der
weiteren Transistorstruktur 7TaIIt mit der gemeinsamen
Kollektorzone /Jeder Transistorstrukturen zusammen.
Ein etwa erforderlicher Feinabgleich des Temperaturkoeffizienten der gesamten temperaturkompensierten
Z-Diodenanordnung wird durch mindestens teilweises Kurzschließen eines der beiden Wirkwiderstände Rt
und R2 erreicht. Dieses Kurzschließen geschieht vorteilhaft dadurch, daß zunächst eine geschlossene
Metallschicht auf den jeweiligen gesamten Widerstand aufgebracht wird und daß anschließend diese Metallschicht
wieder teilweise von dem entsprechenden Widerstand entfernt wird. Diese Art des Abgleichens
hat den Vorteil, daß die Metallschicht schon in einem frühen Stadium des Fertigungsprozesses aufgebracht
werden kann. Wird dagegen die kurzschließende Metallschicht erst nach Fertigstellung und Messung der
temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung aufgebracht, so bilden inzwischen entstandene Metalloxydschichten
unerwünschte Kontaktwiderstände, die den beaosichtigten Feinabgleich ungenau machen.
Die freie Wahl der Trennstelle, an der die zusätzliche
Transistorstruktur Tund die Wirkwiderstände R\ und R2
eingefügt werden, erbringt zusätzlich noch den weiteren
Vorteil, daß die zusätzliche Transistorstruktur Tund die
Wirkwiderstände Ri und Ri an derjenigen Stelle
angeordnet werden können, wo die Wirkwiderstände der Erniedrigung einer Schwingneigung der gesamten
Schaltungsanordnung dienen können.
Hui/u 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer Halbleiterschaltung, die aus mehreren
nichtlinearen und linearen, in einem gemeinsamen Halbleiterkörper des einen Leitungstyps angeordneten,
durch aufgebrachte Metallisierungen untereinander verbundenen Einzelelementen besteht und die
mit zwei äußeren Anschlüssen versehen ist, bei der als Einzelelenient mehr als zwei Transistorstrukturen
dienen, der Halbleiterkörper die gemeinsame Kollektorzone aller Transistorstrukture.n darstellt,
die Basis-Emitter-pn-Übergänge der Transistorstrukturen bezüglich der Richtung des im Betrieb
fließenden Gesamtstromes derart in Reihe geschaltet sind, daß ein Teil der Basis-Emitter-pn-Ubergänge
in Sperrichtung bis ins Abbruchgebiet als Z-Dioden und die restlichen in Flußrichtung als
Flußdioden betrieben sind, und bei der gegebenenfalls
der Emitter der letzten als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur mit dem zweiten äußeren Anschluß
verbunden ist, wobei nach Patent 15 89 707 Wirkwiderstände zum Einstellen des über einzelne
pn-Übergänge fließenden Stromes entweder in der gemeinsamen Kollektorzone als den dem Leitungstyp des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyp
besitzende Zone oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet
sind, zur Erniedrigung des dynamischen jo Innenwiderstandes die Transistorwirkung von mindestens
einem Teil der als Flußdiode betriebenen Transistorstrukturen herangezogen ist und der
Halbleiterkörper mit dem ersten äußeren Anschluß sowie entweder die Basis der letzten als Z-Diode
wirkenden Transistorstruktur oder der Emitter der letzten als Flußdiode wirkenden Transistorstruktur
mit dem zweiten äußeren Anschluß verbunden ist, wobei ferner nach Patent 16 39 173 in den die
gemeinsame Kollektorzone darstellenden Halbleiterkörper eine weitere Transistorstruktur eingebracht
ist, deren Kollektor aus einem Teil der gemeinsamen Kollektorzone besteht, Basis und
Emitter der weiteren Transistorstruktur mit einem Wirkwiderstand und ebenso Basis und Kollektor mit
einem weiteren Wirkwiderstand überbrückt sind, der Emitter bei η-leitender Kollektorzone am
positivsten Punkt der in Reihe geschalteten, als Flußoder Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen,
dagegen bei p-leitender Kollektorzone am negativ- so sten Punkt der Reihenschaltung angeschlossen ist
und im Falle eines erforderlichen Abgleichs des Temperaturkoeffizienten der optimale Widerstandswert
mindestens eines der Wirkwiderstände durch mindestens teilweises Kurzschließen oder durch
Entfernen von Teilen der Wirkwiderstände mittels Ätzens oder Sandstrahlen eingestellt ist, d a durch
gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Kollektor der weiteren Transistorstruktur
(T) und dem weiteren Wirkwiderstand (R2) bo
aufgetrennt ist und daß das basisferne Ende des weiteren Wirkwiderstandes (R2) und der Emitter der
weiteten Transistorstruktur (T)an beliebiger Trennstelle in die Reihenschaltung der als Fluß- oder
Z-Dioden wirkenden Transistorstrukturen derart f>5
eingefügt ist, daß der Emitter der weiteren Transistorstruktur (7? bei η-leitender Kollektorzone
am negativeren der beiden Anschlußpunkte der Trennstelle, dagegen bei p-leitender Kollektorzone
am positiveren der beiden Anschlußpunkte der Trennstelle angeschlossen ist
2. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis B von Kollektorgleichstrom zu Bssisgleichstrom der weiteren Transistorstruktur (T)
groß gegen eins ist
3. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis B größer als zehn ist
4. Temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die weitere Transistorstruktur (T) und die Wirkwiderstände (R1, R2) dort in die
Reihenschaltung der Transistorstrukturen eingefügt werden, wo die Wirkwiderstände (Ru R2) der
Erniedrigung der Schwingneigung dienen.
5. Verfahren zur Herstellung einer temperaturkompensierten Z-Diodenanordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das teilweise Kurzschließen durch Aufdampfen einer
vollständig kurzschließenden Metallschicht und durch nachträgliches teilweises Entfernen der
Metallschicht erfolgt
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